martedì 21 febbraio 2012

Noduli polimetallici: il tesoro degli abissi.


Leggendo il titolo di questo articolo, immagino che qualcuno avrà collegato le parole tesoro e mare all’idea di qualche antico galeone spagnolo, adagiato sul fondale nei pressi di qualche isola tropicale, nella cui pancia squarciata si trovi ancora un grosso forziere, straripante di dobloni, diamanti, smeraldi, perle, ed ogni altro ben di dio.
In realtà, il tesoro a cui si fa riferimento, è ben più importante e prezioso di una manciata di vecchie monete d’oro e qualche monile, anche se qualcuno potrebbe stentare a crederlo!
Il tesoro in questione è rappresentato da quelli che, dagli addetti ai lavori, vengono chiamati noduli polimetallici, o noduli manganesiferi.
Qualcuno avrà capito a cosa mi riferisco, qualcun altro invece no.
Si tratta di rocce sedimentarie di tipo chimico, dalla caratteristica forma sferica o lenticolare. Hanno una superficie simile ad una crosta, di colore scuro, e a prima vista potrebbero essere scambiati per dei pregiati tartufi neri. In effetti, per certi versi, potrebbero essere considerati i tartufi degli abissi!

Perché sono paragonabili ad un tesoro, se si tratta di semplici rocce?
La risposta è semplice: costituiscono una risorsa straordinariamente ricca di elementi metallici che, sulla Terra, a causa dell’impiego crescente nei più svariati settori industriali e tecnologici, sono in via di progressivo esaurimento.
Una manna dal cielo, quindi?
Teoricamente si, nella realtà si tratta di un fenomeno dai risvolti piuttosto complessi e, per certi versi, frustranti.


Cosa sono, come si formano e cosa potrebbero rappresentare.

Come abbiamo accennato, i noduli polimetallici sono rocce sedimentarie di tipo chimico, siliceo-metallifere, di forma sferica o lenticolare, caratterizzate da una crosta scura di colore nero, bluastro o marrone, e da un diametro medio pari 5 cm.
Esaminate in sezione, spesso mostrano una struttura a gusci laminari concentrici, costituiti da accumuli di minerali metallici amorfi, come ad lo psilomelano, la pirolusite e la manganite, cui si aggiungono quarzo, calcite, e piccole quantità di minerali di natura detritica.
L’insieme di questi minerali, conferisce ai noduli una straordinaria ricchezza di elementi metallici come ferro e manganese (i principali), ma anche di rame, cadmio, molibdeno, cobalto, sodio, stronzio, zinco, bario, titanio, calcio e nichel: elementi fondamentali in innumerevoli settori (industriale, medico, tecnico-scientifico, militare).
Queste rocce si formano in zone precise, ovvero nei pressi di quelli che vengono chiamati black-smokers, fumarole nere: si tratta di bocche idrotermali che si trovano a formare ampi campi sui fondali oceanici, non distanti dalle zone di dorsale oceanica, e dalle quali fuoriescono fluidi idrotermali a temperatura relativamente elevata (oltre i 400°C). Nei pressi dei black-smokers, l’acidità dell’acqua è talmente bassa da toccare un pH pari a quello dell’aceto (2,8).

 Un tipico black-smoker, tipico delle zone di dorsale oceanica.

Tali fluidi, originati dall’out-gassing del magma ultrabasico intra-crostale, sono eccezionalmente ricchi di solfuri, ovvero composti formati dallo zolfo legato ad un catione metallico.
La variazione di temperatura, che passa da circa 1.000 °C, a soli 400°C, provoca una precipitazione di queste sostanze, favorita anche dall’eccezionale valore raggiunto a quelle profondità (mediamente 4.500 m) dalla pressione idrostatica.
I solfuri formano delle incrostazioni simili a coni di piccoli vulcani, che si innalzano per qualche metro sul fondale oceanico, mentre la gran parte dei metalli precipita (da qui il caratteristico colore nero del fluido emesso), originando delle strutture laminari concentriche, che si raccolgono intorno a nuclei di aggregazione (frammenti litici, resti di organismi silicei, calcarei, ecc.).
In realtà, la formazione di questi noduli implica altri fenomeni, oltre alla semplice precipitazione chimica: l’almirolisi (azione diagenetica precoce delle acque marine sui sedimenti, ad opera sia della temperatura che dei sali), processi biogenici (insieme di alterazioni fisico-chimiche indotte sulla roccia o sui sedimenti ad opera di organismi viventi).

 Schema del ciclo geochimico di formazione dei minerali metallici nei pressi
delle zone di dorsale oceanica.

I noduli polimetallici possono contenere percentuali differenti, di volta in volta, dei singoli metalli elencati, in funzione del magma dal quale si origina il degassamento.
Queste stratificazioni di minerali (ossidi e idrossidi) formano, appunto, le strutture nodulari di cui stiamo parlando, che si dispongono a in modo da formare veri e propri campi che si estendono, intorno alle fumarole, anche per decine di km quadrati.
Secondo calcoli abbastanza attendibili, la quantità in peso dei noduli polimetallici ammonterebbe a valori compresi tra i 10 ed i 40 kg/m2. In talune zone si presentano sommersi dal fango e dai sedimenti che ricoprono il fondale oceanico, mentre in altre sarebbero a contatto diretto gli uni con gli altri, a formare delle distese pressoché omogenee.
Dai dati raccolti grazie a prospezioni basate sull’impiego di telecamere di alta profondità, e sonar, si è stimato che sui fondali oceanici vi sarebbero dai 500 ai 2.000 miliardi di tonnellate di noduli polimetallici!
Ciò significa disporre di una fonte pressoché inesauribile di metalli che, sulla terra ferma, sono di fatto in via di progressivo esaurimento: l’intensa coltivazione dei giacimenti minerari metallici in ambiente continentale, provoca un incredibilmente rapido depauperamento delle fonti estrattive, con il conseguente (e vertiginoso) aumento dei prezzi delle materie prime.

Un campo di noduli polimetallici adagiati su sedimenti pelagici.

I geologi hanno calcolato che i noduli, disseminati sui fondali oceanici, rappresenterebbero una massa superiore di 1.800 volte circa a quella presente in tutti i giacimenti di minerali metallici in area continentale!
Numeri decisamente impressionanti, se consideriamo che alcuni dei metalli di cui abitualmente usufruiamo, sono inesorabilmente destinati ad esaurirsi nel giro di qualche decennio.
Le risorse di rame si stanno assottigliando (60 anni, secondo stime datate 2011), come anche quelle dell’oro (circa 40 anni), dell’argento (30 anni), e del platino (quasi 300 anni).
Vi sono tuttavia metalli che si stanno esaurendo ad un ritmo decisamente maggiore, come ad esempio lo stagno, l’indio, il nichel, lo zinco e l’antimonio: per alcuni di essi, con l’attuale ritmo di sfruttamento, il tempo residuo sarebbe pari (se non inferiore) ai 20 anni.


Importanza strategica dei metalli.

Tenendo presente quanto detto fin’ora, non dobbiamo dimenticare che molti dei metalli che abbiamo nominato, sono fondamentali in particolari settori strategici, ovvero l’ambito militare ed aerospaziale.
Elementi come il cromo, il titanio, manganese, platino e cobalto, sono essenziali per la costruzione di leghe impiegate nella realizzazione di sonde, navette, razzi vettore, ed equipaggiamenti aerospaziali, nonché per la costruzione di armi (sistemi di guida e puntamento, componentistica elettronica integrata, microcircuiti, superconduttori, ecc.).
Cosa significa tutto questo? Ovvio: chi possiede le risorse, controlla il mercato, detta i prezzi, decide a chi vendere e a chi negare le forniture, con chiare ripercussioni sullo sviluppo economico e scientifico dei Paesi coinvolti in questa sorta di Risiko delle risorse metalliche.
Gli Stati Uniti, che dispongono delle tecnologie più avanzate nei settori aerospaziale e militare sono, paradossalmente, quasi completamente sprovvisti di giacimenti di manganese, cromo cobalto e platino!
Annualmente, gli U.S.A. sono costretti ad importare il 100% del manganese, il 95% del cobalto, il 73% del cromo, ed il 92% del platino, che utilizzano praticamente in ogni settore.
Come se non bastasse poi, i Paesi in cui tali risorse abbondano, sono proprio quelli che, storicamente, hanno sempre contrastato gli Stati Uniti sia politicamente che militarmente: l’ex-blocco Sovietico (Russia in testa), e la Cina.
Ovviamente, una situazione del genere rende alquanto scomoda la posizione degli U.S.A., poiché eventuali contrasti politici potrebbero tradursi in drastiche riduzioni delle forniture di questi metalli, con conseguente crisi di settori fondamentali per l’economia e l’egemonia militare e spaziale statunitense.
Recentemente, geologi al servizio del Dipartimento della Difesa americano, hanno scoperto in Afghanistan enormi giacimenti di litio, oro, ferro e rame.
Secondo quanto affermato dal New York Times, tali ricchezze erano già note ai geologi afghani da prima della famigerata invasione sovietica, ma vennero nascoste ai colleghi geologi sovietici proprio per evitare che questi, occupando militarmente il paese, potessero impadronirsene.
Qualcuno ha anche scritto che l’Afghanistan potrebbe, da oggi, essere considerato l’Arabia Saudita del litio.
Ironia della sorte, oggi potrebbero essere gli americani a prendere il posto dei russi, procedendo ad uno sfruttamento degli enormi giacimenti scoperti, a prezzi irrisori, in regime di monopolio pressoché assoluto.
La storia si ripete, insomma. Cambiano i protagonisti, ma la trama è sempre quella…
In un simile contesto geopolitico, appare dunque chiara l’importanza che una fonte estrattiva come i noduli polimetallici rappresenterebbero, su scala mondiale.


Un problema non da poco: il recupero.

Il quadro, così come descritto, potrebbe apparire tutto sommato ottimistico: i metalli – specialmente quelli di largo consumo, ma non solo – si stanno esaurendo; poco male, le riserve sottomarine, sotto forma di noduli polimetallici, potrebbero risolvere definitivamente il problema, costituendo una fonte di approvvigionamento di fatto inesauribile (i noduli polimetallici si formano continuamente, nei pressi delle dorsali oceaniche, dove sono presenti i black-smokers).
In realtà, le cose non sono così semplici: i problemi cui far fronte non sono pochi, né appaiono di facile risoluzione.
Come abbiamo visto, i noduli si trovano sul fondale dei grandi oceani terrestri (Pacifico, Atlantico, Indiano), ad una profondità media di circa 4.000 m, adagiati o sepolti nei fanghi e nei sedimenti pelagici, che possono raggiungere spessori notevoli.
Riuscire a mettere a punto una tecnologia capace di riportare in superficie quantità rilevanti di noduli manganesiferi, che sia contemporaneamente economica da poter essere impiegata su larga scala, è un’impresa fino ad ora che nessuno è riuscito a compiere.
L’interesse verso questa esotica fonte mineraria nacque negli anni ’60, e si protrasse intensamente per tutto il decennio successivo. Gli investimenti, stanziati grazie all’intervento di consorzi multinazionali rappresentanti gli interessi di Stati Uniti, Canada, Germania Ovest, Gran Bretagna, Italia, Belgio, Francia, Olanda, e Giappone, furono dell’ordine del mezzo miliardo di dollari (una cifra davvero ragguardevole, per l’epoca).

Anche la nave oceanografica Resolution, fulcro del programma J.O.I.D.E.S.
(Joint Oceanographic Institutions Deep Earth Sampler), è stata impegnata
 in studi relativi alla mappatura oceanica dei campi di noduli polimetallici.

Anche i Paesi del blocco comunista, vale a dire U.R.S.S., e Cina, ma anche l’India, mostrarono evidente interesse per i noduli, stanziando a loro volta imponenti campagne di prospezione mineraria, e cercando di rispondere, anche sul piano tecnologico, al blocco occidentale, effettuando ricerche e studi di fattibilità riguardo a sistemi di recupero ad alta profondità.
I risultati, tuttavia, furono a dir poco modesti: a fronte di notevoli investimenti, nessuno fu in grado di recuperare quantità significative di noduli, per cui molti Paesi partecipanti all’impresa, convinti dell’impossibilità tecnica di riuscire nell’impresa, finirono con il defilarsi.
Inaspettatamente, alcune società private (per lo più francesi e giapponesi), continuarono ad investire nella ricerca, riuscendo finalmente ad estrarre qualche tonnellata di noduli da una profondità di ben 5.500 m, nell’Oceano Pacifico.
Il tutto, alla modica cifra di 70 milioni di dollari: non proprio bruscolini.
Dai noduli recuperati, attraverso processi metallurgici, fu però possibile estrarre ragguardevoli quantità di nichel, rame e cobalto.
Ciò parve incoraggiare gli investimenti dei privati, e si giunse alla messa a punto di nuovi sistemi di prospezione, basati sull’impiego di sonar trainati da navi, in grado di scandagliare il fondale, alla ricerca di noduli nel sedimento di fondo.
Purtroppo, anche a fronte di miglioramenti tecnologici, fu inevitabile constatare che, ancora, i costi di recupero risultavano troppo elevati per poter proseguire su quella strada.
Da quel momento, i noduli hanno perso di interesse e, ad eccezione del gruppo giapponese Sumitomo, ancora coinvolto nella loro ricerca e recupero, tutte le altre aziende coinvolte nel settore sono sparite dalla circolazione.
Solo all’inizio del decennio scorso, l’interesse verso questa risorsa si è riaffacciato, al punto da costringere l’ International Seabed Authority a regolamentare i progetti di prospezione dei fondali oceanici, in modo tale da evitare azioni sconsiderate da parte dei, ricostituitisi, consorzi di ricerca multinazionali.
 Una delle preoccupazioni principali dell’autorità internazionale per i fondali marini, concerneva l’uso indisciplinato di tecniche di prospezione invasive per la fauna marina (sonar), nonché gli aspetti giuridici relativi allo sfruttamento dei noduli.
Secondo l’autorità, infatti, i noduli erano da considerarsi patrimonio mondiale, quindi non soggetti a diritti di sfruttamento dei singoli stati, indipendentemente dalla territorialità delle acque in cui si fosse svolto il recupero.
Sono stati proprio gli aspetti strettamente legali ed economici, a provocare un nuovo tramonto del sogno dei noduli manganesiferi.
L’autorità internazionale aveva stabilito un costo dei diritti d’estrazione ritenuto troppo elevato dalle compagnie coinvolte nella ricerca, e a ciò si aggiungevano l’inadeguatezza  tecnica dei dispositivi di recupero, e l’impossibilità di contenere i costi di estrazione.
Allo stato attuale, quindi, dopo la febbre agli inizi del duemila, la corsa ai noduli polimetallici è stata nuovamente accantonata.
La comunità scientifica, ed i tecnologi che operano nel settore, sono concordi nel ritenere improbabile che si riesca, nel giro dei prossimi 20-25 anni, a giungere ad un recupero e sfruttamento dei noduli su scala industriale, con costi accettabili.
In definitiva, il sogno non è stato accantonato, ma ci si è semplicemente resi conto di quanto complesso e costoso possa essere riuscire nell’impresa di recuperarli dalle immense profondità oceaniche, oggi.
Ma come, obietteranno alcuni, siamo stati sulla Luna, abbiamo in programma una gita su Marte, vorremmo catturare un asteroide… e non siamo capaci di tirar su delle rocce da 5.000 m di profondità?
Ebbene si, è proprio così!

 Mars Exploration Rover: la sua realizzazione necessita di metalli rari, senza i 
quali perfino l'avventura spaziale sarebbe un'utopia.

L’esplorazione dei fondali oceanici pone una serie di problemi di estrema complessità, tali da rendere addirittura più semplice organizzare missioni spaziali (entro certi limiti, s’intende), piuttosto che missioni ad altissima profondità.
Tuttavia, un domani, ci toccherà riconsiderare il problema. Necessariamente.
Un cittadino medio, residente in un paese industrializzato, usa mediamente, in un anno, 25 kg di alluminio, 10 kg di rame, e 550 kg di ferro e acciaio.
Se consideriamo, oltre alle risorse di natura metallica, anche quelle legate agli idrocarburi e ai minerali non metallici, saliamo addirittura ad un consumo procapite pari a 15.000 kg (15 tonnellate) di risorse geologiche all’anno!
Una cifra spaventosa, quasi incredibile, visto che nemmeno ci accorgiamo di come, ciascuno di noi, possa impiegare simili quantità di risorse.
Eppure, secondo i calcoli, è proprio così: gli Stati Uniti consumano annualmente 4 miliardi di tonnellate di risorse geologiche.
Oggi si cerca di sopperire alla diminuzione delle risorse disponibili con una sempre più spinta politica del riciclo dei metalli strategici, ma ovviamente ciò non basta.
Ad un tale ritmo, è ovvio che bisognerà, presto o tardi, ricorrere anche ai noduli polimetallici, per riuscire a stare al passo non solo con gli attuali consumi, ma con la richiesta crescente di nuove risorse ed energia.
Si dovrà tornare ad investire, e molto, per riuscire a recuperare tutti quei materiali ormai indispensabili per la nostra civiltà ultra-tecnologica (non solo metalli), altrimenti dovremmo rinunciare a tante comodità che, pur essendo spesso superflue, sovente appaiono assolutamente indispensabili: telefoni cellulari, televisori al plasma, monitor touch-screen, sistemi di trasmissione dati ultra sofisticati, armamenti fantascientifici (la spesa peggiore che si possa immaginare), attrezzature mediche di precisione, e tanto altro che, a scriverne un elenco, perderemmo tutta la notte.
Se si spendessero meno soldi in armamenti da film di fantascienza, come il famigerato scudo spaziale, i caccia invisibili, sistemi di radio sorveglianza delle telecomunicazioni, e si tagliassero le spese militari in generale, diminuirebbe sensibilmente la richiesta di metalli rari e risorse geologiche, e forse salterebbero fuori anche i soldi per investire in sistemi di recupero in grado di garantirci un approvvigionamento sicuro, economico, e più stabile, di georisorse.
Utopia, purtroppo, in un mondo in cui, alla voce spese, quelle militari fanno sempre la parte del leone.


 Fonti bibliografiche ed approfondimenti:

1) La Terra, ritratto di un pianeta (di Stephen Marshak, ed. Zanichelli)
2) Il Globo Terrestre e la sua evoluzione (di B. Accordi, L.L. Palmieri, M. Parotto, ed. Zani-
chelli)
3) Minerali e Rocce (di A. Mottana, R. Crespi, G. Liborio, ed. Mondadori)

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